Hő és kalorimetria
A hő mindig a forróbb tárgytól a hidegebb felé áramlik, soha fordítva, amíg mindkettő el nem éri ugyanazt a hőmérsékletet. Hogy ez mennyi energiát igényel, három dolgtól függ: mennyi anyagot hevítesz, miből áll, és mekkora hőmérséklet-változást szeretnél.
A képlet
Q = m · c · ΔT
- Q — hőenergia (J): a tárgyba vagy a tárgyból hő formájában átadott energia
- m — tömeg (kg): mekkora anyagmennyiséget hevítenek vagy hűtenek
- c — fajlagos hő (J/(kg·K)): az energia, ami egy kilogramm anyag egy kelvinnel való melegítéséhez kell
- ΔT — hőmérséklet-változás (K): a végső és a kiinduló hőmérséklet különbsége
Megoldott példa
Mennyi hőenergia kell 2 kg víz 5 kelvinnel való melegítéséhez? (a víz fajlagos hője ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40 000 J
Teszteld magad
A 2 kg helyett most 4 kg vízed van, és még mindig 5 kelvinnel szeretnéd melegíteni. Mennyi hőenergia kell?
- 40 000 J
- 160 000 J
- Helyes válasz: 80 000 J
Helyes! A tömeg megduplázása megduplázza a szükséges energiát: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80 000 J.
Vissza a 2 kg vízhez, de most 10 kelvinnel szeretnéd emelni a hőmérsékletét 5 helyett. Mennyi hőenergia kell?
- Helyes válasz: 80 000 J
- 40 000 J
- 20 000 J
Pontosan — a hőmérséklet-változás megduplázása megduplázza az energiát: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80 000 J.
Hol találkozol vele
Ugyanazon a délutánon a tengerparti homok égeti a lábadat, miközben az óceán hűvös marad — egy kilogramm víz kelvinenként körülbelül 4000 joule-t nyel el, sokszorosát annak, amire a homoknak szüksége van, így a tenger lassan melegszik egész évszakon át. Egy fémkanál a forró levesben a másik oldalt mutatja: alacsony fajhő, gyors hőmérséklet-ingadozás.
Gyakori hibák
A legmélyebb zavar a hő és a hőmérséklet ugyanannak tekintése — a hőmérséklet azt mutatja, milyen gyorsan mozognak a molekulák átlagosan, a hő pedig átadódó energia, és a köztük lévő átváltási arányt ez a törvény adja meg: Q = m · c · ΔT. Aztán figyelj az arányosságra: a tömeg megkettőzése megduplázza az energiát (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40 000 J 4 kg-nál 80 000 J-ra válik), és ugyanígy a hőmérséklet-változás megkettőzése is. A különböző anyagok valóban különböző árat fizetnek.
Hogyan kapcsolódik
Az ideális gáztörvény megmondta, hogyan határozza meg egy gáz hőmérséklete a nyomását; ez itt az árlista a hőmérséklet-változtatásért egyáltalán — tömeg, anyag és változás összeszorozva. A hőerőgépek, a következő lecke, megpróbálják ezt a hőáramlást egy ciklusban futtatni, és munkát kinyerni belőle, és nagyon fogja érdekelni őket, mennyi hőt kellett elkölteniük.